淺談IP RAN網絡建設思路與策略*

李 聰，宋 路

0 引言

隨著通信技術的發展，移動通信在LTE(Long Term Evolution，長期演進)階段基站規模將提升為現在的數倍，直接導致回傳網絡規模急速膨脹。IPRAN的典型特征是動態三層，采用傳統方式組建大規模網絡時，一方面導致接入層設備路由等性能指標壓力過大;另一方面所有隧道直接終結于核心設備，導致核心設備壓力過大。通過引入分層技術，將一個大網分割為多個小網，通過路由隔離與故障隔離，弱化了接入層盒式設備的性能要求，降低了核心設備的性能要求，實現設備能力與網絡規模解耦。此外，分層之后，不同層次可以采用不同的隧道及業務承載技術，進一步提升了組網的靈活性。

1 IP RAN整體網絡架構

IP RAN(IP Radio Access Network，無線接入網IP化)依托IP城域網骨干網的平面進行搭建。上聯至接入城域骨干網業務控制層SR/MSE，下聯至接入基站和移動客戶。IP RAN可分為匯聚層與接入層，匯聚層由連接SR/MSE的IPRAN B類匯聚路由器組成，接入層由連接基站和客戶的稱IP RAN接入A類路由器組成［1］，IP RAN的網絡架構如圖1所示。

圖1 IP RAN的網絡架構Fig．1 IPRAN network architecture

2 業務承載需求分析

(1)基站回傳業務時，IP RAN需與各本地網移動核心機房內設置的BSC(基站控制器)匯聚路由器(也叫BSC PE)實現三層路由層面的互通［2］。

根據3GPP相關LTE標準，E－UTRAN對承載網的需求見表1。

表1 E－UTRAN對承載網的需求Table 1 E－UTRAN demand for bearing network

表1中帶寬為應用層帶寬，假設從應用層到空口的封裝開銷因子為1．3，則峰值速率 =320×1．3=416 MHz。

均值速率 =(80～120)×1．3=(104～156)MHz。

(2)客戶組網型業務承載需求分析［3］

政企客戶組網型業務需求主要有以下幾點:

1)高帶寬接入需求。

2)點到點和多點到多點間通信需求。

3)不同業務有不同等級的QOS需求。

目前，各本地網政企客戶業務承載方案較多，主要包括以下幾種:

1)通過 MSTP/MSAP(Muti－Services Access Platform)承載。

2)通過城域網L2/L3 VPN承載。

3)通過裸光纖承載。

未來可通過IP RAN網絡逐步替代上述承載方式。

3 建設模式

為滿足基站IP化改造，提供LTE規模部署的接入基站資源儲備，在接入光纜資源豐富，綜合維護能力較強的地方進行IPRAN網絡的部署，IPRAN網絡根據MSTP傳輸系統組網模式，結合基站覆蓋情況以片區模式進行組網，目前優先提供基站業務的承載，待大客戶業務承載模式明確后利用IPRAN網絡進行綜合業務承載［4］。

綜合業務接入網可劃分為兩層網絡，即匯聚層和接入層，接入層由A類設備組成，通常位于基站側的主機房;匯聚層由B類路由器組成，主要用于匯聚接入層的流量，也可以直接接入相關業務。核心骨干層是以核心局的兩套ER設備構建，主要實現業務匯聚、調度以及落地。

接入層、匯聚層建設原則:

1)接入層A類設備的拓撲以環形為主，雙掛匯聚層B類設備。根據本地網的光纜資源情況接入層拓撲也可以呈現環帶鏈形等，從可實施性角度考慮，目前建議采用類似MSTP的環形組網。

2)匯聚層B類設備通常成對出現，一對B位于不同機房或者相同機房，與ER成“U”型組網，一對匯聚層B類設備以及下掛的接入層A類設備稱為綜合業務接入子網。

4 站回傳邏輯組網方案

基站回傳方案有PW(偽線)+L3 MPLSVPN和native IP+L3 MPLSVPN兩種。

1)PW+L3 MPLSVPN方案

承載方案如圖2所示。

圖2 PW+L3 MPLSVPN方案Fig．2 PW+L3 MPLSVPN plan

該方案中，B類路由器與BSC/EPC側匯聚路由器間建立L3 MPLSVPN(基站回傳VPN)，A類路由器與一對B類路由器間建立主備PW進入B類路由器的基站回傳VPN中。

2)native IP+L3 MPLSVPN方案

承載方案如圖3所示。

圖3 Native IP+L3 MPLSVPN方案Fig．3 Native IP+L3 MPLSVPN plan

該方案中，A類路由器通過native IP接入B類路由器，B類路由器與BSC/EPC側匯聚路由器間建立L3 MPLSVPN(基站回傳VPN)。

3)方案建議

綜合考慮多業務承載的需求，及對組網規范化部署及可維護性要求，推薦優先采用PW+L3 VPN作為IP RAN部署方案。

如本地網采用雙歸結構組網，且A類設備未進行級聯的場景下，可選擇native IP+L3 VPN方案。

5 建設方案

根據以上建設模式，將完成基站IP化改造的區域，進行IP RAN網絡建設，主要分為三層結構進行部署，即核心層、匯聚層和接入層［5］。

本方案中B設備放置根據目前傳輸組網的模式，考慮到局房、光纜、管道等資源的實際情況，采取利用現有傳輸網匯聚節點放置多臺B設備的模式，配合后期中繼光纜及局房建設完成后再進行分離。

新增B設備節點采用10GE鏈路成對結構“U”字型上行，通過OTN系統上行至兩個核心局的ER設備，根據覆蓋A設備接入環情況本期新增B設備數量48臺，采用GE端口進行下行，上行與下行分離。

本方案的業務承載方案采用PW+L3VPN(非聯動方式)的業務模式進行配置，B設備至A、ER設備應滿足IEEE．1588V2(以太網同步協議)要求，并且在LTE階段1588V2功能開啟前，各相關設備專業需提前做好支持1588V2功能建設準備［6］。

(1)PW+L3VPN方案

3G ETH、LTE及動環監控業務通過FE接口承載(LTE后續采用GE)，采用以太封裝，且全部IP化，更適合通過分組傳送技術進行承載，具體的承載技術為PW+L3VPN。

PW+L3VPN方案的設計理念為接入層通過一種技術PW實現所有業務的接入，降低接入層的維護復雜度，以及維護人員的技能要求，到達匯聚路由器后再進入L3VPN轉發。

如圖4所示，接入層建立二層管道PW，匯聚路由器以上起L3VPN，通過內部環回接口實現PW與L3VPN的橋接。通常一個接入環會雙掛兩臺匯聚路由器，匯聚路由器作為基站的三層網關，此時需要為兩臺匯聚路由器三層內部環回接口設置相同的MAC和IP，實現雙網關保護，如圖5所示。

圖4 PW+L3VPN承載方案Fig．4 PW+L3 MPLSVPN plan

圖5 PW+L3VPN雙網關方案Fig．5 PW+L3 MPLSVPN double－ gateway solution

PW+L3VPN技術是采用二層PW及三層VPN技術，與之相互配合的保護方案也是對兩種技術保護方案優點的整合［7］。

依照兩種技術保護方案可以劃分為業務保護、隧道保護、網關保護三大類:

(1)隧道保護

用于網絡內部鏈路及節點故障，特征是保護倒換前后業務源宿節點不變，相關的技術為快速LDP收斂、LSP 1:1、TE FRR，檢測技術為 BFD for IGP/LSP。

(2)業務保護

用于B類路由器及RAN CE節點故障，特征是保護前后業務源宿節點以及PW與L3VPN的橋接點避免發生變化，相應的保護技術為PW Redundancy和 VPN FRR，檢測技術分別為 BFD for PW 和BFD for Tunnel。

(3)網關保護

用于BSC/aGW的網關及BSC/aGW與網關之間的鏈路故障，相應的保護技術為E－VRRP。

保護方案按照PW與L3VPN通常采用非聯動方案，具體方案如下:

接入層A類設備配置主備PW分別終結到兩臺匯聚層B類設備的L2VE接口，再通過內部環回接口實現PW與L3VPN的橋接，邏輯上相當于接入層A類設備直連兩臺B類設備。主備PW保持單發雙收狀態，即從接入層A類設備到匯聚層B類設備的上行方向，流量僅從主用PW發送，從匯聚層B設備到接入層A類設備的下行方向，主備PW可同時接受流量，實現A類設備與B類設備之間的松耦合。

為實現匯聚層B類設備節點故障下的快速保護倒換，接入層A類設備需支持ARP(Address Reso-lution Protocol，地址解析協議)雙發功能，如圖6所示。ARP雙發即A類設備從基站側收到的ARP報文后，同時將ARP報文復制兩份分別從主備PW發送出去，兩臺B類設備將同時收到該ARP報文，進而學習到基站的ARP，從而保證B類設備節點故障時下行流量無需重新學習ARP，達到快速保護倒換的目的。PW+L3VPN的非聯動保護方案倒換路徑如表2所示。

圖6 ARP雙發機制Fig．6 ARP double mechanism

表2 PW+L3VPN非聯動方案故障倒換路徑Table 2 Linkage scheme fault rearrangement of path

6 IEEE．1588V2方案

1588v2是目前唯一能夠提供精確時間同步的地面同步技術，1588協議由IEEE定義，全稱為“聯網測量和控制系統的精確時間同步協議”(Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems)，簡稱 PTP(Precision Time Protocol，精確時間協議)。1588v2被定義為時間同步的協議，本來只是用于設備之間的高精度時間同步;但也可以被借用來進行設備之間的時鐘同步。

1588v2時間同步的過程是通過交換1588v2報文來完成的。從時鐘通過1588v2報文中攜帶的時間戳信息計算與主時鐘之間的偏移和延時，據此調整本地時間達到與主時鐘的同步。由于在鏈路層對1588v2報文進行時間戳讀取和寫入操作，因此，與傳統的應用層協議NTP(Network Time Protocol，網絡時間協議)相比，1588v2的精度更高。

1588v2要求逐跳部署，根據現網設備支持情況及改造難度，1588v2部署方案可以分為:

(1)端到端逐跳1588v2方案

如現網所有設備端到端支持1588v2，建議采用端到端逐跳部署1588v2的方案，從核心機房注入時間信息，逐跳部署1588v2，如中間有OTN設備，那么OTN也需要支持1588v2。

推薦采用 BC(Boundary Clock)模型組網，TC(Transparent Clock)模型故障定位困難，如無特殊需要，不推薦使用。

(2)BITS設備下移到ER或者B類設備

如果現網存在不支持1588V2的節點或者網絡，例如現網CR不支持1588v2，可以通過下移時間注入點的方式規避此問題，具體方案包括:

如果現網CR設備不支持1588v2，則可以考慮將BITS設備下沉到ER，從ER注入時間信息，ER以下部署逐跳1588v2，包括IP RAN及波分設備。由于時間注入點位置偏低，BITS設備數量較多，方案成本較高。

BITS設備與ER之間建議采用1PPS+TOD，進一步降低部署成本，當然也可以采用1588v2;接入層A類設備與基站之間建議采用1588v2，在不支持1588v2的情況下可考慮采用1PPS+TOD，但1PPS+TOD沒有國際標準，只有中移動標準，并且存在秒脈沖狀態(代表時鐘質量)和Clockclass(1588V2中的時鐘質量)轉化的問題，可能存在異廠商無法互通的問題。需合理規劃優先級，實現時間主備保護。

(3)ER或者B類設備通過OTN網路獲取時間信息

如果現網OTN當前支持1588v2(或者通過改造支持)，可以考慮通過OTN網絡傳遞時間信息。在核心機房部署BITS設備，從OTN設備注入時間信息，OTN網絡部署逐跳1588v2，ER從相同機房的OTN設備通過1588v2獲取時間信息，ER以下部署逐跳1588v2，包括IP RAN及波分設備。由于時間注入點位置較高，BITS設備數量較少，方案部署成本較低，但對OTN(Optical Transport Network，光傳送網)網絡要求較高。

匯聚層組網結構圖如圖7所示。

圖7 匯聚層組網結構Fig．7 Convergence layer network structure

7 設備要求

(1)A類路由器，用于接入基站和政企客戶，業務側以GE/FE接口為主，網絡側現階段以GE接口為主，設備能力表如表3所示。

1)設備分類:A設備分為A1和A2兩類，其中A1設備典型配置為4GE+4GE/FE(自適應)+2FE;A2設備典型配置為2×10GE+8GE;3G及LTE階段A1即可滿足業務需求。LTE ADVANCE階段可采用A2設備組網。

2)業務側端口:LTE采用一個GE接入，動環監控用1個FE接入，1X/DO業務采用1個或2個FE(根據基站的接口數量定)接入，業務側總端口需求為1GE+(2～3)FE。

3)網絡側端口:若組建GE環網，配置2GE，若組建2GE環，配置4GE。

4)備份端口:1GE+1FE。

5)總端口需求:一個A類路由器承載一個3G基站和一個LTE基站時，端口需求為6GE+4FE;一個A類路由器承載多個基站(假設為n個3G基站，N個LTE基站)時，端口需求=5GE+2FE+N·GE+n·(1～2)FE。

(2)B類路由器，用于匯接來自于接入路由器的流量至城域網。業務側接口以GE為主，網絡側接口以GE和10GE為主。B類路由器可分成B1和B2兩類。其中 B1類路由器可配置端口容量為60G，B2類路由器可配置端口容量為120G。現階段優先采用B1類路由器組網;LTE Advance階段，可考慮B2類路由器組網，設備能力表如表4所示。

(3)BSC/EPC側匯聚路由器一般采用與城域網SR/MSE或B類路由器同檔次的設備。

1)3G階段，BSC側接口以GE為主，網絡側接口以10GE為主。可選用B類路由器同檔次的設備。

2)LTE階段:當城域網LTE基站少于400個時，可選用B類路由器同檔次的設備;當LTE基站數量大于400個時，選用SR/MSE路由器同檔次的設備。

表3 A類路由器設備能力Table 3 Class A router table equipment ability

表4 B類路由器設備能力Table 4 Class A router table equipment ability

8 IP RAN網絡與IP城域網的連接

IP RAN承載的基站回傳的流量經由IP城域網中轉，原則上不允許為基站回傳建立專網，通過B類路由器至BSC/EPC側匯聚路由器之間的L3 MPLS VPN實現回傳流量與城域網流量的隔離。

對于IP RAN規模覆蓋后，B設備數量仍少于20臺的小型本地網，組網方案報集團審批后，B類路由器可直接接入BSC/EPC側匯聚路由器。

9 與接入光纜的協同

IP RAN設備組網要盡量與接入光纜網的物理結構匹配，兼顧建設成本和組網安全，做好兩者的協同規劃。原則如下:

1)成對設置的B類路由器應該盡量放置在光纖資源豐富、路由方向多的機樓和光纜匯聚點。

2)組環的A類路由器應盡量不跨接接入主干光纜環，并應使用環上的公共纖，避免使用獨占纖。

3)對于不具備光纜組環條件的非重要基站，A類路由器可以采用鏈型單歸，就近接入另一臺A類路由器，但應嚴格控制設備級聯級數。

4)接入光纜網規劃要考慮IP RAN的組網需求，并針對IP RAN適當優化。

10 結語

由于LTE通信系統除了提供語音，還包括視頻會議、多方通訊、游戲娛樂等多媒體服務，在數據速率、帶寬方面提出更多要求。這些要求是昂貴的傳統傳輸技術無法滿足的，唯一解決辦法就是過渡到全IP網絡。此外，將無線語音和無線數據綜合到一個技術平臺上進行傳輸，借助全IP的LTE系統并結合IMS技術，將在真正意義上實現語音和數據的業務融和。這一平臺也是IP協議的。由此可見，全IP網絡可節約成本，提高無線系統的可擴展性、靈活性，使網絡運作更有效率;基于移動IP技術，為用戶快速、高效、方便地部署豐富的應用服務成為可能。

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